История строительной механики

Оглавление

История строительной механики        3

Проблемы современной строительной механики        16

Заключение        19

Библиографический список        20

История строительной механики

Не так уж много существует наук, для которых можно прямо назвать имя их родоначальника. В большинстве случаев новая область научного знания появляется в результате постепенного ответвления изыскателя от первоначального направления исследования и затем оформляется в отдельную науку. Для создания новой науки необходимо уметь различать новые пути в многообразии существующих и уметь задавать вопросы, которых ранее никто не задавал. Первым человеком в мире, поставившим вопрос о прочности тел, и первым, кто попытался его решить, был Галилео Галилей.

В 1638 г., уже будучи слепым стариком, он издал свою книгу «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки». В этой книге Галилей заложил основы «двух новых отраслей наук»: динамики и учения о прочности.

От античных времён и средневековья до наших дней, безусловно, дошли прекрасные архитектурные памятники, однако, выясняется, что до Галилея вопросом прочности материалов никто не занимался. Как такового расчёта конструкции не существовало, и зодчий в работе руководствовался чутьём и опытом, что нередко приводило к трагическим последствиям. В первой половине XIX века Навье писал в предисловии к первому изданию своего курса: «Большинство конструкторов устанавливают размеры частей машин и сооружений по образцу осуществлённых конструкций. Они редко подвергают расчёту действующие на эти детали силы или величину сопротивления этих деталей». Вплоть до начала XIX века зодчие принимали свои решения на основании опыта, накопленного в течение столетий.

Подход Галилея к изучению проблемы был следующим: он рассматривал два вида деформации стержня (растяжение и изгиб) и искал величину разрушающей нагрузки. Промежуточные состояния напряжённо-деформированного состояния элемента рассматриваемы не были, как и распределение усилий при обычной нагрузке и многое другое. Таким образом, первое исследование прочности исходило из предельного состояния стержня.

Естественно, что реальные прочностные характеристики материала Галилею известные быть не могли и он, проявив интуицию, ограничился изучением относительных оценок прочности.

Следует отметить, что все исследования Галилея носили исключительно теоретический характер, в литературе нет достоверных сведений об экспериментах.

Для случая растяжение он принимал несущую способность пропорциональной площади сечения стержня, что, надо полагать, было уже давно известным. Новое было сказано Галилеем в задаче изгиба.

Он теоретически исследовал сравнительную прочность консольно закреплённых стержней на изгиб (рисунок 1). Для такой оценки необходимо было задаться законом распределения усилий в опасном сечении при изломе. Галилей принял эти усилия равномерно распределёнными по сечению и притом растягивающими, предполагая, что излом консоли начинается с первой раскрытой сверху трещины и последующего вращения вокруг нижнего ребра сечения.

[pic 1]

Рисунок 1. Схема изгиба по Галилею.

Рассматривая далее расчётную схему и составляя условия равенства моментов относительно нижнего ребра, Галилей пришёл к выводу, что прочность стержня прямоугольного сечения прямо пропорциональна ширине и квадрату высоты: [pic 2].

 Этот вывод совершенно верен, однако ошибочная предпосылка о распределении усилий привела Галилея к уменьшенному втрое моменту сопротивления при работе материала в упругой стадии. Однако, если вспомнить постановку задачи (Галилея интересовало именно предельное состояние балки, которое для большинства материалов наступает далеко за пределами закона пропорциональности), мы придём к выводу, что значение знаменателя даже в привычном своём виде – «6» отнюдь не обладает большей достоверностью, чем полученное Галилеем. Современная теория пластичности (приближённая) даёт в предельном состоянии такую формулу для расчёта момента сопротивления сечения: [pic 3]. А истинное значение знаменателя в предельном состоянии для материала, не обладающего площадкой текучести, можно получить только опытным путём.